唐 敏 金京犬

(安徽郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230031）

基于項(xiàng)目化教學(xué)的鍵盤接口技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐 敏 金京犬

(安徽郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230031）

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常需要與外部設(shè)備數(shù)據(jù)通信，鍵盤作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用必備的輸入設(shè)備，有很強(qiáng)的通用性。本文采用項(xiàng)目化教學(xué)方案設(shè)計(jì)，從獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)、一鍵多功能按鍵設(shè)計(jì)、矩陣式按鍵設(shè)計(jì)以及中斷矩陣式按鍵設(shè)計(jì)四個(gè)方面開展鍵盤接口技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以便讓學(xué)生可以較輕松容易的掌握鍵盤接口技術(shù)，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；鍵盤接口；獨(dú)立式按鍵；矩陣式按鍵

1 鍵盤分類

鍵盤由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)元件。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常需要與外部設(shè)備數(shù)據(jù)通信，鍵盤作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用必備的輸入設(shè)備。按照鍵盤結(jié)構(gòu)原理分為觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵和無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)按鍵兩類，前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。按照接口原理可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤主要是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的識(shí)別，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非編碼鍵盤主要是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵的定義與識(shí)別，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程量大。本文主要介紹單片機(jī)中常用的觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵、非編碼鍵盤。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換為電氣上的邏輯關(guān)系(1和O）。

2 鍵盤設(shè)計(jì)注意的問(wèn)題

機(jī)械式按鍵在按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。其抖動(dòng)過(guò)程如圖1所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5～10ms。若有抖動(dòng)，按鍵按下會(huì)被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，在做單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)這種情況是不允許發(fā)生的。為了消除鍵盤抖動(dòng)的影響，可以從軟件和硬件兩個(gè)方面采取措施，對(duì)于鍵盤數(shù)量較少的情況下，采用硬件去抖，對(duì)于鍵盤數(shù)量多的情況下，采用軟件編程思路去抖，在檢測(cè)到有按鍵時(shí)，執(zhí)行10ms的延時(shí)程序，然后再次檢測(cè)是否有按鍵，去抖過(guò)程如圖2所示。

3 鍵盤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果按鍵數(shù)量使用不多，大多數(shù)情況下采用獨(dú)立式按鍵處理，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與獨(dú)立式按鍵的典型接口電路如圖3所示,按下按鍵，對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)亮。獨(dú)立式按鍵特點(diǎn)是每個(gè)按鍵都獨(dú)占一根I/O端口線，相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵的任務(wù)不會(huì)影響到其他按鍵狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的電路配置靈活，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。通常采用的做法是逐位查詢每根I/O端口線的輸入狀態(tài)，如果某一根I/O端口線的輸入為低電平，則確認(rèn)該端口有按鍵按下，再轉(zhuǎn)該按鍵的處理程序。

一鍵多功能按鍵應(yīng)用設(shè)計(jì)也是經(jīng)常在我們身邊應(yīng)用到的，例如空調(diào)上的一些模式按鈕。項(xiàng)目化教學(xué)過(guò)程中模擬了四種功能，在AT89S52單片機(jī)的P1端口接有四個(gè)發(fā)光二極管。上電的時(shí)候，接在P1.0管腳上的發(fā)光二極管D1在閃爍；當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存I的時(shí)候，接在P1.1管腳上的發(fā)光二極管D2在閃爍；再按下按鍵的時(shí)候，接在P1.2管腳上的發(fā)光二極管D3閃爍，再按下按鍵的時(shí)候，接在P1.3管腳上的發(fā)光二極管D4在閃爍，再按下按鍵的時(shí)候又輪到D1在閃爍了，如此輪流下去，電路圖如圖4所示。

對(duì)于要通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)識(shí)別每種不同的功能，設(shè)計(jì)思路是給每個(gè)不同的功能模塊用不同的ID號(hào)標(biāo)識(shí)，這樣，每按下一次按鍵，ID的值是不相同的，所以單片機(jī)就很容易識(shí)別不同功能的身份了。

矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤每個(gè)按鍵都占用一個(gè)I/O口線不同，矩陣式按鍵的結(jié)構(gòu)通常由m行n列組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線和列線分別連接到按鍵的兩端，且行線通過(guò)上拉電阻接到+5V電源上。若使用按鍵較多時(shí)，采用矩陣式鍵盤特點(diǎn)是節(jié)省了單片機(jī)很多I/O端口資源。對(duì)于矩陣式按鍵教學(xué)設(shè)計(jì)采用常用的4×4結(jié)構(gòu)，16個(gè)鍵分別對(duì)應(yīng)O～9、A～F，對(duì)應(yīng)的鍵按下在數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，電路圖如圖5所示。最常用的矩陣式鍵盤識(shí)別方法是編程掃描法。矩陣式鍵盤的教學(xué)難點(diǎn)一是要判斷是否有鍵按下，二是要判斷是那個(gè)鍵按下，得到相應(yīng)的鍵碼值，然后轉(zhuǎn)向不同的功能程序。

(1）判斷是否有鍵按下的方法

①向所有的列輸出口線輸出低電平(不能為高電平，因?yàn)槿魹楦唠娖剑存I按下與否都不會(huì)引起行線電平的變化），然后將行線的電平狀態(tài)讀入。

②若無(wú)鍵按下，所有的行線仍保持高電平狀態(tài)；

③若有鍵按下，行線中至少應(yīng)有一條線為低電平。

(2）按鍵識(shí)別的掃描方法

往列線上按順序一列一列的送出低電平。

①先送第O列為低電平，其他列為高電平，讀入的行的電平狀態(tài)就表明了第O列的4個(gè)鍵的情況，若讀入的行值全為高電平，則表示無(wú)鍵按下；

②再送第1列為低電平，其他列為高電平，讀入的行的電平狀態(tài)則顯示了該行上的4個(gè)按鍵的情況；

③依次輪流給各列送出低電平，直至4列全部送完，再?gòu)牡贠列開始，依此循環(huán)。

中斷矩陣式按鍵是在矩陣式按鍵的一個(gè)增強(qiáng)改進(jìn)型設(shè)計(jì)，矩陣式按鍵無(wú)論是否按鍵，CPU都要一直掃描鍵盤，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入。因此，很多掃描工作是不必要的，浪費(fèi)了CPU的時(shí)間。為了提高CPU的工作效率，可以采用中斷掃描工作方式。當(dāng)沒(méi)有按鍵時(shí)，CPU工作自己的事情，當(dāng)有按鍵時(shí)則通過(guò)中斷處理方式申請(qǐng)中斷處理，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描函數(shù)。中斷矩陣式按鍵電路相對(duì)于矩陣式按鍵電路來(lái)說(shuō)只是添加一個(gè)與門電路連接到單片機(jī)的外部中斷0(P3.0），電路圖如圖6所示。當(dāng)鍵盤無(wú)鍵按下時(shí)，與門各輸入端為高電平，保持輸出端為高電平；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，與門輸出為低電平，從而向CPU申請(qǐng)中斷。

4 總結(jié)

本項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用的硬件仿真環(huán)境是proteus軟件仿真，軟件環(huán)境為KeilC51，易教易學(xué)。筆者通過(guò)在高職院校的實(shí)際教學(xué)中采用項(xiàng)目化教學(xué)方法，使同學(xué)們較輕松的掌握了基本鍵盤接口技術(shù)原理及應(yīng)用編程，收到了較好的教學(xué)效果。

[1]王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

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[3]趙亮.跟我學(xué)51單片機(jī)（四）——獨(dú)立-矩陣鍵盤應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].電子制作，2011，（4）.

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ON THE TEACHING DESIGN AND IMPLEMENTATION OF KEYBOARD INTERFACE TECHNOLOGY BASED ON PROJECT TECHING

TANG Min JIN Jing-quan
(Anhui Post and Telecommunication College，Hefei Anhui 230031）

The application system of single chip microcomputers often needs external equipment for data communication and the keyboard is commonly used as a necessary input equipment with strong versatility.This paper is aimed at providing easier methods for students to master the technology of keyboard interfaces by using the project-oriented teaching scheme from four aspects of separate button designs,multi-function button designs with one button,matrix button designs and interrupted matrix button designs.

application system of MCU；keyboard interfaces；separate button；matrix button

TP3-O

A

1672-2868(2014)06-0029-05

責(zé)任編輯:陳 侃

2014-09-09

唐敏(1976-），女，安徽巢湖人。安徽郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)系，講師，碩士。研究方向：嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。